Halogen-Metalldampflampe
Halogen-Metalldampflampen sind Leuchtmittel aus der Gruppe der Gasentladungslampen, die u.a. Halogene und außer Quecksilber weitere Metalle als Füllung enthalten.
Trotz der Namensähnlichkeit unterscheidet sich deren Lichterzeugung und Aufbau prinzipiell von den Halogen-Glühlampen, mit denen sie manchmal verwechselt werden.
Aufbau
Das Herzstück der Halogen-Metalldampflampe ist das Brennerrohr mit den beiden gegenüberliegenden Elektroden. Das Brennerrohr ist in einen evakuierten Hüllkolben eingesetzt, der dem Schutz und der Wärmeisolation dient und die beiden Elektrodenanschlüsse nach außen zum Sockel führt. Es gibt einseitig und zweiseitig gesockelte Typen, die sich vor allem in der Leistung unterscheiden. Zweiseitig gesockelte Typen besitzen i.d.Rgl. keinen Aussenkolben.
gebräuchliche Sockel:
- G8,5 (Quetschsockel bzw. Stiftsockel, siehe Bild) mit 20W bis 70W
- G12 (Keramiksockel) mit 20W bis 150W
- RX7S (beidseitige Keramiksockel) mit 70 bis 250W
- E40 (Schraubsockel) mit 250 bis 4000W
im professionellen Bereich (Film, TV, Theater, etc.) haben sich folgende Sockelformen und Leistungen etabliert:
- GX9,5 oder GY9,5 (Keramiksockel) mit 125W bis 400W
- G22 (Keramiksockel) mit 575W
- G(X)38 (Keramiksockel) mit 1200W bis 12000W
- G(X)52 (Keramiksockel) mit 18000W als Neuentwicklung; gewöhnlich werden in dieser Leistungsklasse jedoch meist zweiseitig gesockelte Lampen verwandt.
Ferner wird zwischen Quarz- und Keramiktechnologie, herstellerspezifischen Brennerarten sowie Farbwiedergabeindex und Farbtemperatur unterschieden. In der Regel ist der Brenner zylindrisch (siehe Bild) oder hat die Form eines Glasrohres mit zugequetschten Enden. Es etabliert sich jedoch in letzter Zeit eine kugelförmige Brennerform (z.B. die Powerball® von Osram). Gemeinsam ist den meisten Arten von Halogen-Metalldampflampen, dass sie nur für den Betrieb in geschlossenen Leuchten zugelassen sind: da das Leuchtmittel (der Brenner) unter hohem Druck steht, muss verhindert werden, daß die Scherben im Falle des Berstens umhergeschleudert werden. Halogenmetalldampflampen geben hohe Anteile an UV-Strahlung ab, auch deswegen ist eine zusätzliche, UV absorbierende Glasscheibe erforderlich.
Quarz oder Keramik
Von Anwenderseite betrachtet hat die Keramiktechnologie (Typenbezeichnungen z.B.: HCI, CDM; ... vom Hersteller abhängige und nicht normierte Bezeichnungen) den Vorteil der Farbstabilität über die Lebensdauer, während bei der älteren Quarztechnologie (HQI) das Farbspektrum sich im Laufe der Betriebszeit in Richtung Grün verschiebt. Der Unterschied besteht hier vor allem im verwendeten Material für das Brennerrohr. Quarzglas eignet sich auf Grund seiner hohen Schmelztemperatur und Härte an sich gut als Material für den hochbeanspruchten, zentralen Bereich, wird jedoch aus den genannten Gründen von Transluzenter Keramik verdrängt, die inzwischen den Stand der Technik darstellt.
Funktionsweise
Halogen-Metalldampflampen müssen mit einem Vorschaltgerät betrieben werden, das nach dem Zünden, wenn sich ein Lichtbogen gebildet hat, den Strom auf einen konstanten Wert begrenzt. Es stellt sich eine Lampenspannung von z.B . 100...150 V ein. Dies ist u.A. auch von der verwendeten Lampanleistung abhängig. Halogen-Matalldampflampen werden an einer rechteckförmigen Wechselspannung betrieben. Gebräuchlich sind Drosselvorschaltgeräte, deren Vorteile der robuste, einfache Aufbau und die relativ geringen Anschaffungskosten sind, sowie Elektronische Vorschaltgeräte (EVG), die eine bessere Lichtausbeute und den Betrieb an unterschiedlichen Versorgungsspannungen ermöglichen.
Zum Zünden ist ein Zündgerät erforderlich, welches im Strompfad liegt (Überlagerungszündung) und solange Zündimpulse von ca. 5-80 kV (je nach Lampenleistung) bereitstellt, bis die Lampe zündet.
In den ersten Minuten nach dem Zündvorgang muss sich das Gemisch aus Metallen, Halogenen und Seltenen Erden zunächst erwärmen um die festen Bestandteile aufzuschmelzen und zu verdampfen. Während dem 'Hochbrennen' erhöht sich die Lichtstärke, um nach 3 bis 5 Minuten ihren Normalwert zu erreichen. Wenn die Halogen-Metalldampflampe beabsichtigt oder versehentlich ausgeschaltet wird, muss die Lampe zunächst abkühlen, bevor sie wieder gezündet werden kann. Die Abkühlung dauert je nach Wattage und Aufbau der Leuchte etwa 10-15 Minuten.
Die Zeitdauer bis zum erneuten Zünden und die Dauer beim Hochbrennen schränken die Verwendungsmöglichkeiten ein. Allerdings sind mittlerweile im professionellen Bereich sogenannte 'hot restrike'-fähige Lampen gebräuchlich, die auch im heissen Zustand zündfähig sind. Hier muss zusätzlich mit besonderen Zündgeräten eine sehr viel höhere (bis über 60kV) Zündspannung erzeugt werden, sodass auch heisse Lampen gezündet werden können.
Halogen-Metalldampflampen sind nicht oder nur eingeschränkt dimmbar, da die Betriebsbedingungen u.a. die Elektrodentemperatur und die Dampfform aller Füllungsbestandteile gewährleisten müssen.
Betriebsphasen nach dem Einschalten
Zündphase
Im Brenner befindet sich ein Gemisch aus Quecksilber, Halogenen, Seltenen Erden sowie einem Edelgas (z.B. Argon). Dieses, bei Raumtemperatur teilweise feste, flüssige und gasförmige Gemisch ist zunächst nicht ionisiert und hat daher einen hohen Widerstand. Durch die Hochspannung vom Zündgerät wird zunächst ein Lichtbogen gezündet. Nach der Zündung verringert sich der Widerstand durch Stoßionisation stark. Zusätzlich erhitzen sich die Elektroden und verringern dadurch ihre Austrittsarbeit, wodurch die Lampenspannung noch weiter sinkt.
Da zunächst hauptsächlich die Quecksilber-Ionen (Das Quecksilber dient zur besseren Zündung der Lampe) zum Leuchten beitragen und der Gasdruck gering ist, gibt die Lampe anfangs nur wenig Licht mit hohem Blau- und UV-Anteil ab.
Hochbrennen
Die Gasentladung erwärmt den Brenner und schmilzt und verdampft die enthaltenen festen Füllbestandteile. Dieser Vorgang läuft aufgrund der unterschiedlichen Schmelz- und Siedepunkte nicht gleichzeitig ab. Zuerst erreicht das Quecksilber seinen Siedepunkt von 356°C und trägt damit frühzeitig verstärkt zur Lichtemission bei. Der Quecksilbervorrat ist relativ reichlich bemessen, um über die Betriebsdauer der Lampe einen zum Zünden ausreichenden Partialdruck zu gewährleisten. Aus diesem Grund bewegt sich das Spektrum des emittierten Lichtes anfangs durch einen blaugrünen Bereich. Die Lampe leuchtet also zunächst langsam heller werdend in Grün.
Bei fortschreitender Erwärmung sieden nun auch die anderen Metalle und tragen zunehmend zur Lichterzeugung bei. In dieser Phase ist ein zügiger Farbumschlag vom Grünlichen ins Weiße sowie eine starke Helligkeitszunahme beobachtbar - die Lampe hat nun ihre Betriebsparameter erreicht.
Eigenschaften
Halogenmetalldampflampen haben eine Lichtausbeute von etwa 80 lm/W (Lumen pro Watt), die mittlere Lebensdauer beträgt zwischen 6000 und 8000 Stunden. Spezialtypen haben teilweise nur eine Lebensdauer von 500...2000 Stunden.
Der Betrieb ist nur mit einem Vorschaltgerät möglich.
Die Lichtfarbe und die Farbwiedergabe ist vergleichbar mit Leuchtstoffröhren und wird durch die Mischung der Inhaltsstoffe des Brenners bestimmt.
Die Farbtemperatur liegt je nach Typ zwischen 3000 und 7000Kelvin, sodass sowohl glühlampenähnliche als auch tageslichtähnliche Beleuchtung geschaffen werden kann. Die Farbwiedergabestufe liegt bei 1B bis 1A. Die Oberflächentemperatur des Hüllkolbens beträgt ca. 500°C.
Vor und Nachteile
Vorteile z.B. gegenüber Glühlampen sind zum einen die wesentlich höhere Lichtausbeute von bis zu 80 Lumen/Watt und die Lebensdauer von durchschnittlich 6000 Betriebsstunden. Diese beiden Faktoren erhöhen die Wirtschaftlichkeit ggf. erheblich, da die Wartungszyklen z.B. gegenüber Halogen-Glühlampen (2000 Betriebsstunden) und die Lichtausbeute höher sind und den höheren Anschaffungspreis rechtfertigen. Das tageslichtähnliche, gut zu bündelnde Licht wird insbesondere für Geschäftsauslagen geschätzt. Von Nachteil sind vor allem die fehlende Dimmbarkeit und die langen Wartezeiten beim Hochbrennen und Neuzünden, was die Verwendbarkeit einschränkt. Nachteilig ist auch der hohe Anschaffungspreis der Leuchte und des Leuchtmittels.
Die relativ kleine leuchtende Fläche bzw. die enorme Leuchtdichte sind zusammen mit der hohen Lichtausbeute Eigenschaften, die die Halogen-Metalldampflampe besonders für den Einsatz in Scheinwerfern und anderen Leuchten, die einen Reflektor und optional eine Linsenoptik zur Lichtbündelung verwenden, interessant macht. Auf Grund der kleinen Leuchtfläche kann das austretende Licht sehr definiert gebündelt und geformt werden.
Auch eine asymmetrische Lichtverteilung in einem scharf umgrenztem Bereich ist mit diesen Lampen gut möglich. In diesem Punkt ähneln sich die Halogen-Metalldampflampe und die Halogen-Glühlampe.
Mit Kurzbogenlampen werden durch kleinere Lichtbögen noch höhere Leuchtdichten erreicht, z.B. für Projektoren und Beamer.
Verwendung
Verwendung findet Halogen-Metalldampflampen vorwiegend zur tageslichtähnlichen Beleuchtung mit Scheinwerfern bei langer Einschaltdauer und hohen erforderlichen Leuchtstärken.
Typische Einsatzbereiche sind z.B. Ladengeschäfte und Ausstellungen, wo besonders die lange Betriebszeit und der möglichst geringe erwünschte Wärmeeintrag bei möglichst hoher Lichtausbeute den Einsatz von Halogen-Glühlampen verbieten. Weiterhin findet die Halogen-Metalldampflampe bei Architekturbeleuchtung, Hallenbeleuchtung, Stadionbeleuchtung, zuweilen auch zur Straßen- und Platzbeleuchtung Anwendung.
Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet ist der professionelle Filmbereich. Hier ist insbesonders eine definierte Farbtemperatur und stabile Farbwiedergabe wichtig. Für Aussenaufnahmen werden Leistungen bis zu 18000W benutzt.
Besonders in Zusammenhang mit dem verstärkten Aufkommen von farbiger, insbesondere farbveränderlicher Beleuchtung werden Halogen-Metalldampflampen in Farbwechselscheinwerfern und Movingheads als Primärlichtquelle eingesetzt. Deren Lichtstrom und die gewünschte Farbe werden mit motorisch verstellbaren Farbfiltern eingestellt. Die Leistung liegt meist bei 150 W, größere Geräte verwenden zumeist Kurzbogenlampen.
Auch in der Aquaristik werden diese Lampen aufgrund ihrer hohen Lichtdichte und dem entstehenden Licht-Schatten-Spiel durch Wellen auf der Wasseroberfläche zur Beleuchtung mittlerer und großer Aquarien gerne eingesetzt.
Die Straßenbeleuchtung wird nur, wenn weißes Licht erforderlich ist, mit Halogen-Metalldampflampen realisiert. Die Alternativen sind die meist verwendeten Quecksilberdampflampen (blaugrün) und Natriumdampflampen (gelb-orange). Diese Lampen haben höhere Lichtausbeuten und Lebensdauern (Natriumdampf-Hochdrucklampen bis 120 lm/W, bis über 10.000 h), jedoch eine schlechtere Farbwiedergabe.
Zusammenfassung
Die Halogen-Metalldampflampe ist eine Gasentladungslampe mit hoher Lichtausbeute und langer Lebensdauer. Sie benötigt einige Minuten zum Zünden und Wiederzünden, ist in verschiedenen Farbtemperaturen erhältlich und eignet sich besonders für Langzeitbetrieb in Scheinwerfern.
Hauptsächliche Anwendungsgebiete sind Beleuchtung von Auslagen (shopping light), Beleuchtung von Filmsets, Hallenbeleuchtung, Architekturbeleuchtung und Stadien.
Halogen-Metalldampflampe müssen mit einem Vorschaltgerät betrieben werden. Sie sind mit Leistungen von 20W, 35W, 70W, 125W, 150W, 175W, 200W, 250W, 400W, 575W, 1000W, 1200W, 2000W, 4000W, 6000W, 12000W und 18000W erhältlich, sowie in unterschiedlichen Bauformen (ein- und zweiseitig gesockelt, verschiedene Sockelgrössen und Farbtemperaturen).